WO2017169588A1 - メカニカルクリンチ接合部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一局面に関するメカニカルクリンチ接合部品は、２枚以上の鋼板からなるメカニカルクリンチ接合部品であって、剥離強度が０．２００ｋＮ／ｍｍ以上の接合部を少なくとも１箇所有し、かつ硬さがＨｖ３６０以上であることを特徴とする。また該部品の製造方法は、２枚以上の鋼板をＡｃ３点以上に加熱する工程；および、該鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔが下記式（１）および下記式（２）の関係を満たすようにメカニカルクリンチ接合を行う工程；をこの順に含むことを特徴とする。 Ｃｅｑ×（０．００２０９×ｔ＋０．０００７３１×Ｔ－０．０３６５）≧０．２００・・・（１） Ｃｅｑ≧－０．０００７１×Ｔ＋０．９９３・・・（２）

Description

メカニカルクリンチ接合部品およびその製造方法

　本発明は、メカニカルクリンチ接合部品およびその製造方法に関する。特には、高強度のメカニカルクリンチ接合部品と、該部品を割れ等の不具合なく良好に製造する方法に関する。

　自動車の衝突安全性と軽量化の両立のため、超高強度鋼板の車体骨格への適用が増加している。自動車用鋼部品は、衝突時の衝撃を受けた際に変形を一定以下に抑えるため、現状、上記鋼部品を構成する主部材に補強部材をスポット溶接で接合し、部分的に厚肉化して補強を行っている。しかしこうした工法では、主部材と補強部材をそれぞれ成形した後、スポット溶接で互いに組み立てるため、コストの増大が問題となる。

　一方、上記スポット溶接に代わり、冷間で点接合する接合方法としてメカニカルクリンチ接合と呼ばれる接合方法が知られている。この接合方法は、金属同士を機械的に接合するかしめ接合の一種である。表１にかしめ接合の種類と各種類の特徴を示す。この表１に示す通りかしめ接合には数種ある。その中でもメカニカルクリンチ接合は、凸形パンチと凹形ダイにて金属板２枚以上を同時にプレスする方法である。このメカニカルクリンチ接合は、表１に示す通り事前処理や接合補助材を必要とせず、プレス成形と同時に接合が出来ること、また、熱間成形に適用すれば金型による冷却によって、接合部の焼入れも可能であることが特徴である。

　このメカニカルクリンチ接合は、スポット溶接に比べて低コストかつ高い生産性を実現できる。例えば特許文献１には、冷間と推察されるプレスと同時にＴＯＸ（登録商標）と称されるかしめ接合を行うことが示されている。しかし、この接合方法の対象は、サイドアウタパネルであり、部品の母材強度は低く、超高強度のかしめ部品までは実現されていないと考える。

　上記冷間でメカニカルクリンチ接合を行う場合、用いる鋼板の強度が高くなると、接合時に割れが生じ、高強度の鋼部品が得られないといった問題がある。一方、特許文献２には、８５０℃以上の高温状態にあるビーム本体部用部材の係合孔に、非加熱の前記ブラケット部用部材のバーリング部を嵌入させた状態で相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施すことにより、ビーム本体部の付形及び焼入れ、並びに、前記バーリング部の折り曲げ又は圧潰によるビーム本体部とブラケット部とのかしめ結合を同時に行うことが示されている。

　しかしながら、この方法では予め、前記ビーム本体部用部材の係合孔に嵌入可能な円筒フランジ状のバーリング部を有するブラケット部用部材を形成するための、ブラケット部準備工程が必要である。つまり、複雑な形状に加工するにあたっては、プレス工程とは別の工程が必要でありコストの増大につながる。また超高強度の鋼板を用いることを前提とするものでなく、加熱してかしめ接合した場合であっても、割れが生じたり十分高い剥離強度を示さない場合が考えられる。

　よって、特には引張強度が１１８０ＭＰａ以上の超高強度鋼板を用いて得られる、超高強度かつ十分高い剥離強度を示す部品を、メカニカルクリンチ接合工程とは別の余分な工程を設けずとも、メカニカルクリンチ接合で割れ等の不具合なく良好に製造することが求められる。

　本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、超高強度かつ十分高い剥離強度を示すメカニカルクリンチ接合部品を、メカニカルクリンチ接合工程とは別の余分な工程を設けずとも、メカニカルクリンチ接合で割れ等の不具合なく良好に製造する方法を実現することにある。

国際公開第２０１３／００８５１５号パンフレット 特開２００６－３２１４０５号公報

　本発明の一局面に関するメカニカルクリンチ接合部品は、２枚以上の鋼板からなるメカニカルクリンチ接合部品であって、剥離強度が０．２００ｋＮ／ｍｍ以上の接合部を少なくとも１箇所有し、かつ硬さがＨｖ３６０以上であることを特徴とする。

　また本発明の他の一局面に関するメカニカルクリンチ接合部品の製造方法は、２枚以上の鋼板をＡｃ３点以上に加熱する工程；および、該鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔが下記式（１）および下記式（２）の関係を満たすようにメカニカルクリンチ接合を行う工程；
をこの順に含むところに特徴を有する。
Ｃｅｑ×（０．００２０９×ｔ＋０．０００７３１×Ｔ－０．０３６５）≧０．２００・・・（１）
Ｃｅｑ≧－０．０００７１×Ｔ＋０．９９３・・・（２）
上記式（１）および式（２）において、Ｃｅｑは、下記式（３）により求められる鋼板の炭素当量（質量％）、ｔは下死点保持時間（秒）、Ｔは接合開始温度（℃）を示す。前記２枚以上の鋼板のＣｅｑが異なる場合は、最も低いＣｅｑを用いる。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋（１／６）×Ｍｎ＋（１／２４）×Ｓｉ＋（１／４０）×Ｎｉ＋（１／５）×Ｃｒ＋（１／４）×Ｍｏ＋（１／１４）×Ｖ・・・（３）
上記式（３）において、各元素は、質量％での、鋼板中の含有量を示し、含まれない元素はゼロとする。

図１は、本発明の実施の一つの態様を示す模式図である。 図２は、本発明の別の実施の態様を示す模式図である。 図３は、実施例における供試材の製造に用いた、メカニカルクリンチ工具を取り付けた金型である。 図４は、ｄ／Ｄの求め方を説明する図である。 図５は、実施例におけるＮｏ．５の部品断面の観察写真であり、図５（ａ）は部品断面の全体写真、図５（ｂ）は部品断面の一部の写真、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の楕円部分の拡大写真である。 図６は、式（１）の左辺の値とＣＴＳ／Ｌの値の関係について示す図である。

　本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。まず冷間での接合で割れが生じる引張強度の限界をあらためて確認すべく、引張強度が２７０～１４７０ＭＰａで板厚が１．４ｍｍの鋼板に対し、後記する実施例で使用のメカニカルクリンチ工具を取り付けた金型を用い、十字に接合する冷間成形を行った。その結果、下記表２に示す通り、鋼板の引張強度が７８０ＭＰａ以上では接合時に割れが発生し、メカニカルクリンチ接合ができないことを確認した。尚、以下では「メカニカルクリンチ接合」を「接合」、「メカニカルクリンチ接合」を「接合部品」ということがある。

　本発明者らは、前述の通り、近年適用の求められている超高強度鋼板として、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板、つまり上記表２の結果では冷間での接合で明らかに割れが生じる超高強度鋼板を用いることを前提に、良好にメカニカルクリンチ接合すべく鋭意研究を重ねた。詳細には、下記（Ａ）～（Ｄ）を全て達成すべく鋭意研究を重ねた。
（Ａ）部品が超高強度を示すこと、具体的には、部品の硬さが、ビッカース硬さＨｖ３６０以上、即ち、引張強度１１８０ＭＰａ以上を示し、好ましくはＨｖ４５０以上、即ち、引張強度１４７０ＭＰａ以上を示すこと；
（Ｂ）部品の剥離強度が高いこと、具体的には、後記の方法で求められる接合部の単位周長当たりの十字引張強度、即ち剥離強度が０．２００ｋＮ／ｍｍ以上であること；
（Ｃ）部品の製造時に、割れなく接合できること；
（Ｄ）プレス加工前の予備工程とプレス加工後の事後工程を省略でき、安価に製造できること。

　そして本発明では、鋼板を一定以上に加熱する加熱工程の後、接合工程において、鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔの関係が、後記する式（１）および式（２）を満たせばよいことを見出した。

　すなわち、本発明のメカニカルクリンチ接合部品は、２枚以上の鋼板からなるメカニカルクリンチ接合部品であって、剥離強度が０．２００ｋＮ／ｍｍ以上の接合部を少なくとも１箇所有し、かつ硬さがＨｖ３６０以上であることを特徴とする。

　上記構成により、超高強度かつ十分高い剥離強度を示すメカニカルクリンチ接合部品を提供できる。

　また本発明のメカニカルクリンチ接合部品の製造方法は、２枚以上の鋼板をＡｃ３点以上に加熱する工程；および、該鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔが後記する式（１）および式（２）の関係を満たすようにメカニカルクリンチ接合を行う工程をこの順に含むところに特徴を有する。

　このような構成により、上述したようなメカニカルクリンチ接合部品を、メカニカルクリンチ接合工程とは別の余分な工程を設けずとも、メカニカルクリンチ接合で割れ等の不具合なく良好に製造する方法を提供できる。

　以下、本実施形態の各工程について詳述する。

　［加熱工程］
　本実施形態では、上記接合を行うにあたり、まず２枚以上の鋼板をＡｃ３点以上に加熱する。この加熱によって、後記の接合を容易にでき、所望の特性の接合部品を得ることができる。前記加熱温度は、好ましくは（Ａｃ３点＋１０）℃以上である。尚、この加熱温度が高すぎると、ミクロ組織が粗大となり、延性や曲げ性の低下の原因となるおそれがあるため、上記加熱温度の上限は、好ましくは（Ａｃ３点＋１８０）℃、より好ましくは（Ａｃ３点＋１５０）℃程度である。

　前記Ａｃ３点は、「レスリー鉄鋼材料学」（丸善株式会社、１９８５年５月３１日発行、２７３頁）に記載されている下式を用いて求めることができる。下式において、［元素］は、各元素の質量％での鋼中含有量を示す。下式において、含まれない元素はゼロとして計算すればよい。
　Ａｃ３変態点（℃）＝９１０－２０３×［Ｃ］０．５－１５．２×［Ｎｉ］＋４４．７×［Ｓｉ］＋１０４×［Ｖ］＋３１．５×［Ｍｏ］＋１３．１×［Ｗ］－３０×［Ｍｎ］－１１×［Ｃｒ］－２０×［Ｃｕ］＋７００×［Ｐ］＋４００×［Ａｌ］＋４００［Ｔｉ］

　上記加熱温度での加熱保持時間は、１分以上とすることが好ましい。また、オーステナイトの粒成長を抑制する等の観点から、上記加熱保持時間は１５分以下とすることが好ましい。上記Ａｃ３変態点までの昇温速度は、特に問わない。該加熱の方法として、炉加熱、通電加熱、誘導加熱等を採用することができる。

　［接合工程］
　特に、接合部品の接合部の剥離強度を高めるべく、この接合工程での条件について検討した。まず本実施形態では、十字引張強度ＣＴＳは接合部の線長Ｌによるため、ＣＴＳをＬで除したＣＴＳ／Ｌを剥離強度とした。これにより接合部の大きさによらず、剥離強度を評価できる。後記する実施例では、接合部が円形であるため、Ｌはこの円形の円周に相当する。

　そして本実施形態では特に、部品の硬さと上記剥離強度が一定以上、特には上記剥離強度ＣＴＳ／Ｌが０．２００ｋＮ／ｍｍ以上の部品を達成すべく、接合条件について検討を行った。具体的には、後記する実施例に示す通り、鋼板の成分、下死点保持時間および接合開始温度を変えて、メカニカルクリンチ接合部品を製造したところ、上記部品の硬さと剥離強度が一定以上の部品を、割れなく成形できる接合条件があることを見出した。

　そこで上記接合条件を探るべく、更に検討を行った。まず剥離強度は、ホットスタンプ後、つまり部品の母材硬さに影響されると考えられること、また母材硬さは、鋼板の焼入れ性、および、焼入れ開始温度と下死点保持時間ｔに影響されること、更に前記焼入れ開始温度は、本実施形態の接合開始温度Ｔに相当することから、まず剥離強度ＣＴＳ／Ｌを、鋼板の焼入れ性の指標である炭素当量Ｃｅｑ、前記下死点保持時間ｔ、および前記接合開始温度Ｔを用いて下記式（４）の通り表現した。尚、下記式（４）において、Ｃｅｑ（質量％）は、ＪＩＳ　Ｇ０２０３で規定される下記式（３）から求められる値であり、ａ、ｂおよびｃは係数である。
ＣＴＳ／Ｌ＝Ｃｅｑ×（ａ×ｔ＋ｂ×Ｔ＋ｃ）・・・（４）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋（１／６）×Ｍｎ＋（１／２４）×Ｓｉ＋（１／４０）×Ｎｉ＋（１／５）×Ｃｒ＋（１／４）×Ｍｏ＋（１／１４）×Ｖ・・・（３）
上記式（３）において、各元素は、質量％での、鋼板中の含有量を示し、含まれない元素はゼロとする。

　本発明者らは、後記する実施例に示す通り、鋼板の成分、下死点保持時間および接合開始温度を変えて、メカニカルクリンチ接合部品を製造し、得られた部品の剥離強度を測定する実験を行った。そして、剥離強度０．２００ｋＮ／ｍｍ以上を達成するための式を得るべく、上記実験結果を重回帰分析することで上記式（４）における係数ａ、ｂおよびｃを決定し、下記の式（１）を得た。
Ｃｅｑ×（０．００２０９×ｔ＋０．０００７３１×Ｔ－０．０３６５）≧０．２００・・・（１）
上記式（１）において、Ｃｅｑは、下記式（３）により求められる鋼板の炭素当量（質量％）、ｔは下死点保持時間（秒）、Ｔは接合開始温度（℃）を示す。前記２枚以上の鋼板のＣｅｑが異なる場合は、最も低いＣｅｑを用いる。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋（１／６）×Ｍｎ＋（１／２４）×Ｓｉ＋（１／４０）×Ｎｉ＋（１／５）×Ｃｒ＋（１／４）×Ｍｏ＋（１／１４）×Ｖ・・・（３）

　上記式（１）を満たすことによって、製品の接合部径ｄとダイス径Ｄとの比ｄ／Ｄを小さくすることができ、剥離強度を高め得たと考えられる。

　更に、本実施形態では下記式（２）を満たす必要がある。下記式（２）は、接合開始温度が、鋼板の成分組成の中でも特にＣｅｑに影響を受けることに鑑みて設定したものである。この下記式（２）も、鋼板の成分および接合開始温度を変えて、メカニカルクリンチ接合部品を製造し、得られた部品の剥離強度を測定する実験を行って導出されたものである。
Ｃｅｑ≧－０．０００７１×Ｔ＋０．９９３・・・（２）
上記式（２）において、Ｃｅｑは、上記式（３）により求められる鋼板の炭素当量（質量％）、Ｔは接合開始温度（℃）を示す。

　本実施形態のメカニカルクリンチ接合に用いる２枚以上の鋼板は、成分組成が異なる場合、つまりＣｅｑが異なる場合もある。この様な場合は、最も低いＣｅｑを上記式（１）や上記式（２）に代入する。

　上記式（１）および式（２）を満たす条件で接合を行うことによって、上記（Ａ）～（Ｄ）の全てを達成できる。つまり、予備工程や事後工程を追加することなく安価に、（Ａ）部品強度がＨｖ≧３６０かつ（Ｂ）剥離強度ＣＴＳ／Ｌ≧０．２００ｋＮ／ｍｍを有するメカニカルクリンチ接合部品を得ることができる。また、メカニカルクリンチ接合により部品に形状を付与することは、プレスで部品に形状を付与することと同じであり、部品の剛性向上にも寄与すると考えられる。

　本実施形態では、接合部品の製造方法が上記条件を満たしていればよく、その他の条件は特に限定されない。上記接合開始温度は、成形荷重の増加や成形性の低下を抑制する観点から、４００℃以上であることが好ましい。また下死点保持時間は長い方が、剥離強度向上の観点からは好ましいが、生産性を重視したり後記する多工程を実施する場合、１回の接合における下死点保持時間は３秒以下とすることが好ましい。

　本実施形態では、メカニカルクリンチ接合を行う工程で、熱間プレス成形を併せて行ってもよい。この熱間プレス成形の条件も特に問わず、通常用いられる方法を採用することができる。良好に熱間プレス成形を行う観点からは、プレス成形開始、即ち、金型が鋼板と接触した位置に到達した時点を、約４００℃以上とすることが好ましい。

　本実施形態の接合部品の製造方法は、上述した加熱工程と接合工程をこの順に含んでいればよく、上記接合工程は１回のみ、または２回以上であってもよい。更に、鋼板の加熱から成形終了までの間に、上記接合工程以外の工程として、例えば下記実施態様２の１工程目に示す通り、鋼板に加工を施す工程を含んでいてもよい。本実施形態では、加熱－成形工程以外に別途工程を設けなくてもよいため、生産性よく安価に接合部品を製造することができる。

　本実施形態の製造方法の具体的な態様として、接合を熱間プレス成形と同時に行う場合、例えば下記の実施態様１や実施態様２が挙げられる。しかし本発明はこれに限定されない。後記の実施例では、クリンチ部位の形状は丸形の点結合であるが、その他の形状として、四角などの点結合や、部品長手に沿って線結合する等、その他の態様を含み得る。

　なお、本明細書では図面をも参照して説明するが、図面において各符号は以下を意味する：１　鋼板、２　別の鋼板、補強部材用鋼板、３　支持台、４　接合用ダイ、５　接合用ダイホルダー、６　接合用パンチ、７　接合用パンチホルダー、８　プレス用ダイ、９　パッド、１０　余剰線長付与用パンチ、１１　プレス用パンチ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ　接合部、１３　部品の縦壁部。

　［実施態様１：単工程］
　実施態様１としては、例えば、図１に示す装置を用いて成形することができる。詳細には、加熱した鋼板１と補強部材に相当する別の鋼板２とを重ね合わせ、支持台３に配置した後、接合開始温度まで空冷させてから、接合用パンチ６の内設されたプレス用パンチ１１を下降させ、プレス成形と共に接合を行う。図１は下死点に到達した状態を示している。この実施態様１では、図１に示す通り、プレス用ダイ８、パッド９およびプレス用パンチ１１によりプレス成形されると共に、パッド９に内設の接合用ダイ４および接合用パンチ６により接合される。

　［実施態様２：多工程］
　実施態様２としては、例えば、図２に示す通り、成形することができる。図２では、鋼板を加熱した後、図２（ａ）に示す１工程目、図２（ｂ）に示す２工程目、および図２（ｃ）に示す３工程目を連続して行う。各工程について説明する。まず１工程目では、加熱した鋼板１を支持台３に配置した後、余剰線長付与用パンチ１０を下降させ、図２（ａ）に示す通り部品の外壁を構成する鋼板１に余剰線長を付与する。次に２工程目で、前記余剰線長付与後の鋼板１上に、別の鋼板２を配置し、接合用パンチ６を下降させ、図２（ｂ）に示す通り、この接合用パンチ６とプレス用ダイ８に内設の接合用ダイ４により２箇所の接合を行い、接合部１２Ａおよび１２Ｂを得る。

　そして最終工程である３工程目で、熱間プレス成形と同時に接合を行う。詳細には、接合用パンチ６の内設されたプレス用パンチ１１を下降させ、プレス成形と共に接合を行う。図２（ｃ）は下死点に到達した状態を示している。この３工程目では、図２（ｃ）に示す通り、プレス用ダイ８、パッド９およびプレス用パンチ１１によりプレス成形されると共に、パッド９に内設の接合用ダイ４および接合用パンチ６により接合されて接合部１２Ｃが形成される。この工程によれば、部品の縦壁部１３に接合部１２Ａおよび１２Ｂを設けることができる。

　自動車用鋼部品の場合、例えばアウターとして前記鋼板１、インナーとして前記別の鋼板２を適用できる。また上記実施態様にはないが、後記の実施例２に示す通り、同一部位を複数回接合してもよい。

　上記接合に供する鋼板の成分は特に限定されない。例えば上記２枚以上の鋼板は、下記の成分組成を満たすことが挙げられる。鋼板の種類として、熱延鋼板、冷延鋼板、更にこれらにめっき処理を施した亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板や、更に合金化処理を行って得られる合金化溶融亜鉛めっき鋼板等を用いることができる。また鋼板と鋼板の接合だけでなく、鋼板とアルミなど異材接合（マルチマテリアル化）にも適用できる。

　本実施形態の部品を構成する鋼板の成分組成、つまり接合に供する鋼板の成分組成として、下記組成が挙げられる。なお、以下の成分組成の説明において、「％」は特に断らない限り質量％を意味する。

　［Ｃ：０．１５～０．４％］
　部品の硬さＨｖ３６０以上を容易に達成するには、Ｃ量を０．１５％以上とすることが好ましい。Ｃ量はより好ましくは０．１７％以上、更に好ましくは０．２０％以上である。一方、得られる部材の溶接性を考慮すると、Ｃ量の上限は０．４％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．３０％以下、更に好ましくは０．２６％以下である。

　［Ｓｉ：０％超２％以下］
　Ｓｉは、熱間プレス用鋼板の焼入れ性を高め、かつ熱間プレス成形部品の強度を安定して確保するのに有効な元素である。この観点からは、０．０５％以上であることが好ましく、より好ましくは０．１５％以上である。ただし、Ｓｉ含有量が高くなりすぎると、熱間プレス用鋼板の軟質化が困難となるとともに、Ａｃ３点が著しく上昇し、熱間プレス時の加熱段階でフェライトが残存して高強度が得られ難くなる。よってＳｉ量は２％以下であることが好ましく、より好ましくは１．６５％以下、更に好ましくは１．４５％以下である。

　［ＭｎとＣｒのうちの少なくとも１種：合計で１．０～５．０％］
　ＭｎとＣｒは鋼板の焼入れ性を向上させ、高強度の部材を得るために有用な元素である。これらの元素は、単独で用いてもよいし２種を併用してもよい。上記観点から、ＭｎとＣｒのうちの少なくとも１種を合計で１．０％以上含むことが好ましく、より好ましくは合計で１．５％以上、更に好ましくは合計で１．８％以上、より更に好ましくは合計で２．０％以上である。しかしながら、これらの元素を過剰に含んでいても、その効果は飽和し、コスト上昇の要因となる。よって本実施形態では、ＭｎとＣｒのうちの少なくとも１種の含有量を、合計で５．０％以下とすることが好ましく。より好ましくは合計で３．５％以下、更に好ましくは合計で２．８％以下である。

　成分組成として、前記成分を含み、残部は鉄および不可避的不純物からなるものが挙げられる。前記不可避的不純物としては、例えば次に示す様なＰ、Ｓ、Ｎなどが挙げられる。

　Ｐは、延性を劣化させるため、Ｐ量は、０．０５％以下に抑えることが好ましく、より好ましくは０．０４５％以下、更に好ましくは０．０４０％以下である。尚、Ｐ量を０％とすることは製造上困難であるので、Ｐ量の下限は０％超である。

　ＳもＰと同様に延性を劣化させるため、Ｓ量は、０．０５％以下に抑えることが好ましく、より好ましくは０．０４５％以下、更に好ましくは０．０４０％以下である。尚、Ｓ量を０％とすることは製造上困難であるので、Ｓ量の下限は０％超である。

　Ｎは、ＢをＢＮとして固定することで、焼入れ性改善効果を低下させる。また、Ｎは粗大なＴｉＮ等のＴｉ含有析出物を形成し、この析出物が破壊の起点として働き、鋼板の延性を低下させる。よってＮ量は、０．０１％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．００８％以下、更に好ましくは０．００６％以下である。尚、Ｎ量を０％とすることは製造上困難であるので、Ｎ量の下限は０％超である。

　また、上記元素に加えて更に、下記に示すＴｉ等の選択元素を適量含有させることにより、高強度を容易に確保できる等の効果を得ることができる。下記のＴｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、およびＺｒのうちの少なくとも１種を含む場合、これらの元素は単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。以下、これらの元素について詳述する。

　［Ｔｉ：０％以上０．１０％以下］
　Ｔｉは、ＮをＴｉＮとして固定し、Ｂを固溶状態で存在させて焼入れ性を確保するのに有効な元素である。Ｔｉの該効果を発揮させる場合、Ｔｉ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．０１５％以上、更に好ましくは０．０２０％以上である。一方、Ｔｉ量が過剰になると、加工に供する鋼板の強度が必要以上に高まり、切断・打ち抜き工具寿命の低下、結果としてコストアップを招く。よってＴｉ量は、０．１０％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０６％以下、更に好ましくは０．０４％以下である。

　［Ｂ：０％以上０．００５％以下］
　Ｂは、鋼材の焼入れ性を向上させ、徐冷でも高強度を達成するために有用な元素である。Ｂの該効果を発揮させる場合、Ｂ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．０００３％以上、更に好ましくは０．００１５％以上、より更に好ましくは０．００２０％以上である。一方、Ｂが過剰に含まれると、ＢＮが過剰に生成して靭性の劣化を招く。よって、Ｂ量は０．００５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．００４０％以下、更に好ましくは０．００３５％以下である。

　［Ａｌ：０％以上０．５％以下］
　Ａｌは脱酸のために用いる元素である。この効果を発揮させる場合、Ａｌ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．０１％以上である。一方、Ａｌ量が増加すると、Ａｃ３点上昇効果が大きくなり、その結果、熱間プレス時の加熱温度を高くする必要があり、生産効率が悪くなる。よってＡｌ量は０．５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．２０％以下、更に好ましくは０．１０％以下、より更に好ましくは０．０５０％以下である。

　［Ｍｏ：０％以上１％以下］
　Ｍｏは、鋼板の焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、この元素を含有させることによって成形品における硬さばらつきの低減が期待できる。Ｍｏによる該効果を発揮させる場合、Ｍｏ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．０１％以上、更に好ましくは０．１％以上である。しかしながら、Ｍｏ量が過剰になると、その効果が飽和してコスト上昇の要因となるため、Ｍｏ量は１％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．８％以下、更に好ましくは０．５％以下である。

　［Ｃｕ：０％以上０．５％以下］
　Ｃｕは、焼入れ性向上に有効な元素である。また成形品の耐遅れ破壊性や耐酸化性の向上に有用な元素でもある。こうしたＣｕによる効果を発揮させる場合、Ｃｕ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．０１％以上、更に好ましくは０．１％以上である。しかしながら、Ｃｕ量が過剰になると、鋼板製造時における表面疵の発生原因となる。その結果、酸洗性の低下が生じ、生産性の悪化を招く。よって、Ｃｕ量は０．５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．３％以下である。

　［Ｎｉ：０％以上０．５％以下］
　Ｎｉは、焼入れ性向上に有効な元素である。また成形品の耐遅れ破壊性や耐酸化性の向上に有用な元素でもある。こうしたＮｉによる効果を発揮させる場合、Ｎｉ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．０１％以上、更に好ましくは０．１％以上である。しかしながら、Ｎｉ量が過剰になると、鋼板製造時における表面疵の発生原因となる。その結果、酸洗性の低下が生じ、生産性の悪化を招く。よって、Ｎｉ量は０．５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．３％以下である。

　［Ｎｂ：０％以上０．１０％以下］
　Ｎｂは、組織を微細化する効果を有しており、靭性の向上に寄与する元素である。よってＮｂを含有させる場合、Ｎｂ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１０％以上である。一方、Ｎｂ量が過剰になると、鋼板の強度が高くなり、その結果、熱間プレス成形前に鋼板を所定の形状に切断等するブランキング工程での工具寿命が短くなり、コスト上昇を招く。よってＮｂ量は０．１０％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下である。

　［Ｖ：０％以上０．１０％以下］
　Ｖは、組織を微細化する効果を有しており、靭性の向上に寄与する元素である。よってＶを含有させる場合、Ｖ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１０％以上である。一方、Ｖ量が過剰になると、上記Ｎｂの場合と同様に鋼板の強度が高くなり、その結果、ブランキング工程での工具寿命が短くなりコスト上昇を招く。よってＶ量は０．１０％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下である。

　［Ｚｒ：０％以上０．１０％以下］
　Ｚｒは、組織を微細化する効果を有しており、靭性の向上に寄与する元素である。よってＺｒを含有させる場合、Ｚｒ量は、０％超とすることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１０％以上である。一方、Ｚｒ量が過剰になると、上記ＮｂやＶと同様に鋼板の強度が高くなり、その結果、ブランキング工程での工具寿命が短くなりコスト上昇を招く。よってＺｒ量は０．１０％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下である。

　また上記鋼板の製造方法も限定されない。通常の方法によって、鋳造、加熱、熱間圧延、更に必要に応じて、酸洗後に冷間圧延、更に必要に応じて焼鈍を行えばよい。また、得られた熱延鋼板や冷延鋼板に、必要に応じて、通常の方法により亜鉛含有めっき等のめっき処理、更に必要に応じて合金化処理を行うことができる。

　本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。

　本発明の一局面に関するメカニカルクリンチ接合部品は、２枚以上の鋼板からなるメカニカルクリンチ接合部品であって、剥離強度が０．２００ｋＮ／ｍｍ以上の接合部を少なくとも１箇所有し、かつ硬さがＨｖ３６０以上であることを特徴とする。

　また本発明の他の一局面に関するメカニカルクリンチ接合部品の製造方法は、２枚以上の鋼板をＡｃ３点以上に加熱する工程；および、該鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔが下記式（１）および下記式（２）の関係を満たすようにメカニカルクリンチ接合を行う工程；
をこの順に含むところに特徴を有する。
Ｃｅｑ×（０．００２０９×ｔ＋０．０００７３１×Ｔ－０．０３６５）≧０．２００・・・（１）
Ｃｅｑ≧－０．０００７１×Ｔ＋０．９９３・・・（２）
上記式（１）および式（２）において、Ｃｅｑは、下記式（３）により求められる鋼板の炭素当量（質量％）、ｔは下死点保持時間（秒）、Ｔは接合開始温度（℃）を示す。前記２枚以上の鋼板のＣｅｑが異なる場合は、最も低いＣｅｑを用いる。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋（１／６）×Ｍｎ＋（１／２４）×Ｓｉ＋（１／４０）×Ｎｉ＋（１／５）×Ｃｒ＋（１／４）×Ｍｏ＋（１／１４）×Ｖ・・・（３）
上記式（３）において、各元素は、質量％での、鋼板中の含有量を示し、含まれない元素はゼロとする。

　前記製造方法で用いる２枚以上の鋼板として、いずれも成分組成が、質量％で、
　Ｃ：０．１５～０．４％、
　Ｓｉ：０％超２％以下、ならびに、
　ＭｎとＣｒのうちの少なくとも１種：合計で１．０～５．０％を満たすと共に、
　Ｔｉ：０％以上０．１０％以下、Ｂ：０％以上０．００５％以下、Ａｌ：０％以上０．５％以下、Ｍｏ：０％以上１％以下、Ｃｕ：０％以上０．５％以下、Ｎｉ：０％以上０．５％以下、Ｎｂ：０％以上０．１０％以下、Ｖ：０％以上０．１０％以下、およびＺｒ：０％以上０．１０％以下を満たすものを用いてもよい。

　前記メカニカルクリンチ接合部品の製造方法では、前記メカニカルクリンチ接合を行う工程で、熱間プレス成形を併せて行ってもよい。

　また前記メカニカルクリンチ接合部品の製造方法では、前記メカニカルクリンチ接合を行う工程が複数回であってもよい。

　以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

　［実施例１］
　表３に示す成分組成を満たす鋼板Ａ、鋼板Ｂについて、サイズが１５０ｍｍ×５０ｍｍ×板厚１．４ｍｍの試験片をそれぞれ２枚用意し、図３に示す装置を用いてメカニカルクリンチ接合を行った。詳細には、図３において、９３０℃で４分間加熱した鋼板１および別の鋼板２を十字に重ね合わせ、接合用パンチホルダー７に設置された接合用パンチ６と、接合用ダイホルダー５に設置された接合用ダイ４との間の、支持台３に配置した後、下記接合開始温度まで空冷させてから、上記接合用ダイ４を下降させ下記の条件でメカニカルクリンチ接合を行って、部品に相当する供試材を得た。

（接合条件）
ホルダー圧：３ｔｏｎｆ
パンチ径：Ｄｐ＝１０．０ｍｍ
ダイス径：Ｄ＝１４．０ｍｍ
成形速度：２０ｓｐｍ
接合開始温度：鋼板Ａは表４、鋼板Ｂは表５に示す通り
下死点保持時間：鋼板Ａは表４、鋼板Ｂは表５に示す通り

　得られた供試材の硬さと剥離強度を下記の通り測定した。

　（供試材の硬さの測定）
　供試材の硬さとしてビッカース硬さＨｖを、接合部を除いた部位、即ち、部品のホルダー部分にて、部品を構成する各鋼板の板厚の１／４位置を、鋼板１枚あたり３点、荷重１ｋｇｆの条件で測定した。そして各鋼板の３点の平均値を求め、複数の鋼板のうち最も低い平均値を、その部品の硬さとし、下記の基準で評価した。

　（硬さの評価基準）
　◎：Ｈｖ≧４５０
　○：４５０＞Ｈｖ≧３６０
　×：３６０＞Ｈｖ

　（供試材の剥離強度の測定）
　供試材の十字引張強度ＣＴＳ（ｋＮ）をＪＩＳ　Ｚ３１３７に従って測定し、このＣＴＳを接合部の周長Ｌ（ｍｍ）で除して、接合部の単位周長当たりの十字引張強度ＣＴＳ／Ｌ（ｋＮ／ｍｍ）を、剥離強度として求めた。そしてこのＣＴＳ／Ｌが０．２００ｋＮ／ｍｍ以上の場合を剥離強度が高いと評価した。

　図４は、用いたダイスと得られた接合部品の断面を示す図である。この図４（ｂ）に示す通り、接合部品の接合径ｄを測定し、この接合径ｄを図４（ａ）に示すダイス径Ｄで除して得られるｄ／Ｄの値も参考までに求めた。ｄ／Ｄが小さいほど強く接合していることを意味しており、好ましくは１．０２９以下である。

　鋼板Ａを用いた場合の結果を表４に、鋼板Ｂを用いた場合の結果を表５に併記する。

　まず鋼板Ａを用いた場合について、表４から次のことがわかる。Ｎｏ．１～８は、用いた鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔが規定の式（１）および式（２）の関係を満たすようにメカニカルクリンチ接合を行った例である。これらの例では、割れが生じることなく良好に接合でき、得られた部品は、硬さＨｖが高く、１１８０ＭＰａ相当またはそれ以上であり、かつ剥離強度ＣＴＳ／Ｌが０．２００ｋＮ／ｍｍ以上であった。特にＮｏ．４および８の通り、下死点保持時間が１０秒の場合は、十分な硬さが得られた。特にＮｏ．４の通り接合開始温度が８００℃かつ下死点保持時間が１０秒の場合は、十分に高い剥離強度も確保できた。

　一方、Ｎｏ．９は、接合開始温度が式（２）を満たさず、軟質相が析出したため、割れは発生しなかったが、硬さが低く、かつ剥離強度も低くなった。

　次に鋼板Ｂを用いた場合について、表５から次のことがわかる。Ｎｏ．１～１２は、用いた鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔが規定の式（１）および式（２）の関係を満たすようにメカニカルクリンチ接合を行った例である。これらの例では、割れが生じることなく良好に接合でき、得られた部品は、硬さＨｖが高く、１１８０ＭＰａ相当またはそれ以上であり、かつ剥離強度ＣＴＳ／Ｌが０．２００ｋＮ／ｍｍ以上であった。特に５００℃以上では、下死点保持を省略しても、Ｈｖ≧４５０かつＣＴＳ／Ｌ≧０．２００ｋＮ／ｍｍを達成できた。

　特に、Ｎｏ．５に示す通り、接合開始温度８００℃かつ下死点保持時間１０秒とした場合には、十分に高い剥離強度が得られた。このＮｏ．５について図５（ａ）に示す通り部品の断面を確認したところ、図５（ｂ）、更には図５（ｂ）の楕円部分を拡大した図５（ｃ）に示す通り、熱せられた鋼板同士が接触する界面で、メカニカルクリンチ時に面圧が加わることで相互拡散が進み、拡散接合されていることがわかる。Ｎｏ．５ではこの拡散接合によって、より高い剥離強度が得られたと考えられる。

　表５に示す通り、鋼板Ｂを用いた場合は、５００～６００℃で接合可能であり、かつ下死点保持も短縮または省略できる。よって、多工程での接合が可能となり、前述の図２に示した様な縦壁部への接合も可能である。

　これに対して、接合開始温度４００℃では、特にＮｏ．１３の通り下死点保持を省略すると、割れは発生しないものの、かしめられておらず接合不可となった。また、Ｎｏ．１４、１５に示す通り保持時間が２．５秒、５秒の場合も、Ｈｖ≧３６０を満足するものの、剥離強度は不足した。

　またＮｏ．１６に示す通り、接合開始温度が３００℃の場合は、接合時に割れが発生した。

　上記表４および表５の結果をもとに作成した図６から、上記式（１）の左辺の値と、ＣＴＳ／Ｌの値とは、ほぼ一致していることがわかる。

　［実施例２］
　本実施例では、鋼板Ｂを用いて同一部位を複数回接合した場合の特性を評価した。詳細には、表６の各例について下記の通り実施した。
・Ｎｏ．１：９３０℃に加熱→接合開始温度８００℃まで空冷→メカニカルクリンチ接合→特性の評価
・Ｎｏ．２：９３０℃に加熱→接合開始温度８００℃まで空冷→１回目のメカニカルクリンチ接合→２回目のメカニカルクリンチ接合→特性の評価
・Ｎｏ．３：９３０℃に加熱→接合開始温度８００℃まで空冷→１回目のメカニカルクリンチ接合→２回目のメカニカルクリンチ接合→３回目のメカニカルクリンチ接合→特性の評価

　上記メカニカルクリンチ接合は、図３に示す装置を用い、表６に示す条件で行った。また得られた供試材の特性、即ち、硬さ、剥離強度およびｄ／Ｄは、実施例１と同様にして測定した。その結果を表６に示す。

　表６から、接合回数を増やすことで剥離強度ＣＴＳ／Ｌは高まることがわかる。これは、同一部位を連続してプレスすることで、下死点保持時間はゼロであるが、鋼板と工具の接触回数が増加してトータルの接触時間が増加し、ｄ／Ｄが小さくなったためと考えられる。

　この出願は、２０１６年３月３１日に出願された日本国特許出願特願２０１６－０７２４８６を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

　本発明を表現するために、前述において具体例等を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ十分に説明したが、当業者であれば前述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

　本発明は、メカニカルクリンチ接合に関する技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

Claims (5)

1. 　２枚以上の鋼板からなるメカニカルクリンチ接合部品であって、
   剥離強度が０．２００ｋＮ／ｍｍ以上の接合部を少なくとも１箇所有し、かつ
   硬さがＨｖ３６０以上であることを特徴とするメカニカルクリンチ接合部品。
2. 　請求項１に記載のメカニカルクリンチ接合部品の製造方法であって、
   　２枚以上の鋼板をＡｃ３点以上に加熱する工程；および、
   　該鋼板の炭素当量Ｃｅｑ、ならびにメカニカルクリンチ接合時の下死点保持時間ｔと接合開始温度Ｔが下記式（１）および下記式（２）の関係を満たすようにメカニカルクリンチ接合を行う工程；
   をこの順に含むことを特徴とするメカニカルクリンチ接合部品の製造方法。
   Ｃｅｑ×（０．００２０９×ｔ＋０．０００７３１×Ｔ－０．０３６５）≧０．２００・・・（１）
   Ｃｅｑ≧－０．０００７１×Ｔ＋０．９９３・・・（２）
   上記式（１）および式（２）において、Ｃｅｑは、下記式（３）により求められる鋼板の炭素当量（質量％）、ｔは下死点保持時間（秒）、Ｔは接合開始温度（℃）を示す。前記２枚以上の鋼板のＣｅｑが異なる場合は、最も低いＣｅｑを用いる。
   Ｃｅｑ＝Ｃ＋（１／６）×Ｍｎ＋（１／２４）×Ｓｉ＋（１／４０）×Ｎｉ＋（１／５）×Ｃｒ＋（１／４）×Ｍｏ＋（１／１４）×Ｖ・・・（３）
   上記式（３）において、各元素は、質量％での、鋼板中の含有量を示し、含まれない元素はゼロとする。
3. 　前記２枚以上の鋼板は、いずれも成分組成が、質量％で、
   　Ｃ：０．１５～０．４％、
   　Ｓｉ：０％超２％以下、ならびに、
   　ＭｎとＣｒのうちの少なくとも１種：合計で１．０～５．０％を満たすと共に、
   　Ｔｉ：０％以上０．１０％以下、Ｂ：０％以上０．００５％以下、Ａｌ：０％以上０．５％以下、Ｍｏ：０％以上１％以下、Ｃｕ：０％以上０．５％以下、Ｎｉ：０％以上０．５％以下、Ｎｂ：０％以上０．１０％以下、Ｖ：０％以上０．１０％以下、およびＺｒ：０％以上０．１０％以下を満たす請求項２に記載のメカニカルクリンチ接合部品の製造方法。
4. 　前記メカニカルクリンチ接合を行う工程で、熱間プレス成形を併せて行う請求項２に記載のメカニカルクリンチ接合部品の製造方法。
5. 　前記メカニカルクリンチ接合を行う工程が複数回である請求項２に記載のメカニカルクリンチ接合部品の製造方法。
    

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